Il legame di Dylan con il progetto si approfondì quando Rudy Wurlitzer, sceneggiatore del film, gli chiese alcune canzoni. Dopo aver interpretato "Billy" per il regista Peckinpah, che rimase commosso, a Dylan fu offerta la possibilità di recitare. Le riprese ebbero luogo a Durango, in Messico, dove Dylan e la sua famiglia si trasferirono nel novembre 1972, e si protrassero fino all'inizio del 1973. Le prime sessioni di registrazione per la colonna sonora avvennero nel gennaio 1973 presso i CBS Discos Studios a Città del Messico. Da quella sessione, "Billy 7" fu inclusa nell'album finale, insieme a diverse take di "Billy" e altri brani che rimasero fuori, come "Under Turkey" e "Billy Surrenders". Un mese dopo, ai Burbank Studios, in California, furono registrate le restanti canzoni del disco, oltre a pezzi come "Sweet Amarillo" e "Rock Me, Mama". Delle 24 composizioni che Bob Dylan registrò per il progetto, solo dieci entrarono a far parte dell'album ufficiale.
Nonostante la ricezione critica iniziale, che alcuni giudicarono sfavorevole, con commenti che sottolineavano una qualità amatoriale o un tentativo deliberato di discostarsi dalle aspettative commerciali, l'album lasciò un segno indelebile. Brani come Knockin' on Heaven's Door si dimostrarono incredibilmente influenti, venendo reinterpretati da artisti del calibro di Eric Clapton e Guns N' Roses. Inoltre, canzoni come "Rock Me, Mama" e "Sweet Amarillo" ispirarono altri musicisti, con Old Crow Medicine Show che accreditarono Bob Dylan come coautore nelle proprie versioni successive.